Автореферат (Характеристика молекулярных маркеров состояния животных разных таксонов в постнатальном онтогенезе при влиянии техногенного загрязнения)

На правах рукописиСухаренко Елена ВалериевнаХАРАКТЕРИСТИКА МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАРКЕРОВСОСТОЯНИЯ ЖИВОТНЫХ РАЗНЫХ ТАКСОНОВ ВПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ ПРИ ВЛИЯНИИ ТЕХНОГЕННОГОЗАГРЯЗНЕНИЯ03.03.01 - физиология03.01.04 – биохимияАвторефератдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукМосква 2016Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Московская государственная академияветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина»Научные консультанты:доктор биологических наук,профессордоктор биологических наук,профессорМаксимов Владимир ИльичНедзвецкий Виктор СтаниславовичОфициальные оппоненты:Григорьев ВасилийСеменовичНефедова СветланаАлександровнаФедорова Елена Юрьевнадокторбиологическихнаук(03.03.01),профессор кафедры «Эпизоотология, патологияи фармакология» ФГБОУ ВО «Самарскаягосударственнаясельскохозяйственнаяакадемия», профессордоктор биологических наук (03.03.01, 03.02.08),профессор кафедры зоотехнии и биологииФГБОУ ВО «Рязанский государственныйагротехнологическийуниверситетимениП.А.

Костычева», доцентдоктор биологических наук (03.01.04), ФГБОУВО«Курскаягосударственнаясельскохозяйственная академия», доцентВедущая организация: ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрныйуниверситет – МСХА имени А.К. Тимирязева»Защита состоится «01» июня 2016 г. в 11 часов на заседании диссертационногосовета Д 220.042.04 при ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина(109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, 23, тел. 377-93-83;http://www.mgavm.ru/).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО МГАВМиБ –МВА имени К.И. СкрябинаАвтореферат разослан «____ » ____________ 2016 ги размещен на сайте http://www.mgavm.ru/science/dissertationУченый секретарьдиссертационного совета2Фомина В.Д.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Характерной чертой развитиясовременных технологий является расширение разнообразия токсичныхвеществ,приводящеекзначительнойтрансформацииэкосистем.Интенсивность воздействия на биоэнергетические процессы, антиоксидантную,пищеварительную и нервную систему животных во многом зависит не толькоот количества, но и от различных сочетаний типичных в современном мирезагрязнителей – ионов металлов и органических ксенобиотиков [Алешко С.А.,2007; Нефедова С.А., 2011; Gourlay-Francе C., 2012]. Среди токсичныхфакторов окружающей среды наиболее значимыми являются: алюминий,содержащийся практически в любом водоеме [Белоусов Ю.

Б., 2005; Grant W. etal., 2002; Hichem N., 2014; Maranho L., 2015]; тяжелые металлы – свинец икадмий, существенно увеличивающие риски токсичности [Zurich M-G., 2002;Белолюбская Д. С., 2008; Gerspacher C., 2009; Rai N.K., 2013; Ferlemi A.V., 2014;Souid G., 2015; Lee J., 2014]; органические растворители, широко применяемыев современном промышленном производстве [Аргучинцева А.В., 206;Parasuraman S., 2014; Ozdol C., 2015; Tatum-Gibbs K.R, 2015]; полициклическиеароматические гидрокарбоны, углеводороды, асфальтены – основныепредставители загрязнителей мирового океана [Rumney H., 2011, АнуфриеваB.B., 2002; Maranho L.A., 2014].

В условиях воздействия поллютантов особуюважность имеют исследования молекулярных и клеточных механизмовтоксичности [Григорьев В.С., 2010; Федорова Е.Ю., 2015]. Нервная тканьнаиболее чувствительна к действию повреждающих факторов. Известныеданные о нарушениях в клетках нервной ткани при действии экотоксикантов вомногом относятся к наземным животным [Manzo L., 2001; Максимов В.И.,2005; Mariussen E., 2012; Garman R.H., 2015].

Значительно меньше работ в этойобласти посвящено гидробионтам [Hylland K., 2007; Недзвецкий В.С., 2008;Rumney H.S., 2011; Basu N., 2015]. Практически отсутствуют данные осравнительном анализе возрастных нарушений метаболизма нервной тканиживотных разных таксонов при загрязнении среды обитания промышленнымиполлютантами. В последние десятилетия технический прогресс исовершенствование методологии в изучении молекулярных механизмов,межклеточных взаимодействий, регуляции клеточного ответа в нервной тканипозволяет пересмотреть некоторые традиционные физиолого-биохимическиеположения, касающиеся роли глиальных клеток и пластичности нервнойсистемы как в период раннего онтогенеза, так и в зрелой ЦНС. Однако работы,посвященные изучению функций тканеспецифических биомаркеров нейроглиив постнатальном развитии животных при действии экотоксикантов,практически отсутствуют.

Клеточные элементы глии, в первую очередь,астроциты отличаются уникальными белками, которые характеризуютсяопределенной субклеточной локализацией и особенностями синтеза на разныхэтапах онтогенеза [Verkhratsky A., 2015]. Представителями такихгистоспецифических белков структурно-функциональных единиц ЦНСявляются глиальный фибриллярный кислый белок (ГФКБ) и кальций3связывающий цитозольный астроглиальный протеин S100β, рост экспрессиикоторых служит индикатором повреждений во взрослом мозге человека иживотных [Ellis E.F., 2007; Nedzvetskii V., 2012; Sotelo M., 2014; Goyal R, 2015].Данные молекулярные маркеры глии не обладают видоспецифичностью[Eng L., 2000], что позволяет использовать различные биологические видыживотных в экотоксикологических исследованиях.

Принимая во внимание, чтопроцессы раннего онтогенеза сопровождаются активной пролиферацией идифференциацией определенных субпопуляций клеток ЦНС, отличающихсячрезвычайной чувствительностью к действию токсикантов, пониманиеособенностей ответных молекулярных и клеточных реакций в процессеразвития организма может быть важным звеном в стратегии нейропротекции исохранении жизнеспособности организмов. Учитывая то, что оксидативныйстресс является наиболее распространенным повреждающим фактором [SuredaA., 2011; Sundt R.C., 2012; Silva C.A., 2014], изучение механизмовоксидативных и антиоксидантных процессов в сочетании с особенностямиэкспрессиитканеспецифическихмаркеровнаразличныхстадияхпостнатального онтогенеза животных позволит повысить достоверностьопределения метаболических нарушений ЦНС на всех, в том числе и ранних,стадиях интоксикации.

Понимание того, насколько необратимы поврежденияпри действии тех или иных поллютантов, чрезвычайно значимо для поискапрепаратов повышающих нейропластичность, стратегии развития современныхтехнологий нейропротекции и выбора тех способов производства, которые непредставляют опасности для всех биологических систем, в том числе ичеловека.Связь работы с научными программами, планами, темами.Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планамикафедры биофизики и биохимии Днепропетровского национальногоуниверситета (ДНУ), выполнялась в рамках договора о научно-техническомсотрудничествеДНУсКерченскимгосударственнымморскимтехнологическим университетом (№ 1145, 2000-2003 гг.), целевых грантовTUBITAK и FUBAP правительства Турции, 2009-2012 гг., (грант FUBAP-1811)по теме: "Исследование нейропротекторного действия мелатонина в условияхСТЗ-индуцированного диабета" и 2007-2012 гг., (грант FUBAP-1235) по теме:"Влияние липоевой кислоты на нейроны и глиальные клетки в условияхокислительных повреждений ЦНС", госбюджетной теме: “Использованиеприродных антиоксидантов и продуктов нанотехнологий в качественейропротекторов в условиях влияния неблагоприятных факторов окружающейсреды и метаболических нарушений” (№ 0113U003041, 2013-2014 гг.).Диссертация соответствует основному плану темы: "Исследование механизмовнарушений метаболизма с целью диагностики и коррекции" (№ 4-075-04)научно-исследовательских работ кафедры биофизики и биохимии ДНУ и темы:«Адаптационные механизмы животных в реакциях нервной, эндокринной исердечно-сосудистой систем» научно-исследовательских работ кафедрыфизиологии, фармакологии и токсикологии имени А.Н.

Голикова иИ.Е. Мозгова ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина.4Цель исследования – обоснование валидности молекулярныхбиомаркеров нервной ткани животных разных таксонов в постнатальномонтогенезе – ГФКБ, протеина S100β, показателей оксидативного стресса дляоценки степени биологической опасности промышленных загрязнителей.Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:1. Определить содержание и состав полипептидных фрагментов ГФКБ ипротеина S100β, указывающих на интенсивность астроглиоза, при действииионов алюминия в головном мозге рыб различных видов в процессепостнатального развития.2.

Изучить динамику экспрессии ГФКБ и протеина S100β при действииионов свинца в мозге рыб и крыс на различных стадиях постнатальногоонтогенеза.3. Оценить возрастные особенности экспрессии ГФКБ – основного маркераастроцитов, в различных отделах головного мозга крыс при интоксикацииионами тяжелых металлов (свинца и кадмия).4. Исследовать действие промышленного загрязнения на изменение составаи содержания цитоскелетного ГФКБ и цитоплазматического белка S100βнейроглии у половозрелых особей рыб бухты Керченская.5.

Изучить действие отходов металлургического производства на состояниеглиальных промежуточных филаментов и кальций-связывающего протеинаS100β астроцитов половозрелых особей рыб.6. Исследовать особенности токсических эффектов органическихксенобиотиков (хлорбензола, полициклических ароматических гидрокарбонов,мазута, промышленных органических растворителей) на нервную ткань рыб икрыс в различные сроки онтогенеза.7.